如何利用渗水廊道解决水问题？

井和井群属于垂直取水系统，进入井中的水流速度具有明显的自下而上的分量，抽水不当很容易导致过渡带上升，咸化井水，使泵出的水失去饮用功能。采用渗水廊道就可很好解决这一问题。渗水廊道也称“透镜体井”（lens well）或“撇水井”（skimming well），用于低矮海岛和较高岛屿的海滨。与井比较，渗水廊道在一个较宽的面上取水，从而减少了水位降深。适当地设计、建造和运行渗水廊道，是在由松散沉积物形成的小岛淡水透镜体中相对地大量取水的最好方法，特别适用于珊瑚岛。

渗水廊道通常是由某种形式的可透水的水平管道系统构成。管道铺设于平均海平面或接近于海平面的地方，并将入渗水导向中央泵坑。廊道的建造通常从地表挖沟，沟内铺设管道，然后回填。也可以开挖明渠至潜水面之下，用以开采透镜体淡水。

在大西洋和太平洋许多小海岛上，当地居民广泛使用不同形式的渗水廊道获取地下水。在大西洋，巴哈马群岛（Bahamas）的新普罗维登斯（New Providence）用明渠大范围收集地下水。收集到的地下水由单独泵站提取或通过重力流至泵站再提取。重力流系统包括一系列地下腔室，每个腔室从一组网状的明渠中收集淡水，排入水坑，再泵入蓄水池或水处理厂；在西太平洋马里亚纳群岛的Tinian岛上，1945年建立了渗水廊道。管道系统由两排开孔钢管，放置在开挖的明渠中潜水面以下深约1 m处构成，用珊瑚沙粒做衬垫和回填，再用一层黏土封顶；在北大西洋的百慕大（Bermuda），1932年建成了渗水廊道，该廊道由直径150 mm的陶土管与中央水坑构成，置于海平面下100 mm的地方，一度由于过量抽取，每天达3 500 m3，引起海水入侵，水质变坏，抽出的水只能用于非饮用水，如冲冼厕所，或供给淡化厂处理为饮用水。到20世纪80年代，共有10个廊道用于开采地下水。

在太平洋一些海岛上，如马绍尔群岛（Marshall Islands）的夸贾林环礁（Kwajalein），基里巴斯共和国的主岛塔拉瓦岛（Tarawa），20世纪70—80年代也建成了渗水廊道。夸贾林环礁上的渗水廊道由开孔PVC管和与管道相连的泵井构成，管壁四周覆盖珊瑚沙粒，泵井间距约60 m，1979年从7条总长2 120 m的廊道中抽水流量约为每天340 m3，低于测算的每天可持续产水量520 m3。塔拉瓦岛上的渗水廊道有两种类型：最早一种由两排空心混凝土块铺就，导向一中央抽水泵坑；后来一种由直径100 mm的开缝PVC管连接而成，也通向一泵井，和夸贾林环礁渗水廊道一样，滤水管也铺设于平均海平面以下。在塔拉瓦岛上，从淡水透镜体抽取的流量相当于365 mm的降雨量或18%的年均降雨量（年均降雨1 980 mm）。

为充分发挥渗水廊道撇取优质地下淡水的功能并节省工程投资，在设计和建造渗水廊道时，应注意下述重要因素：廊道应建于淡水层最厚的地方，对于不很规则的小岛，透镜体最大厚度可能不在岛中央，而是偏向岛的一侧；廊道的布置应避免从淡水层厚度大的地方指向薄的方向。因为这一方向是在水力坡度作用下地下水的流动方向，如果渗水廊道沿这一方向布置，将不利于地下水进入廊道。最好将廊道沿淡水厚度等值线布置，既有利于淡水进入廊道，又可减少地下水从高水头区域向低水头区域排泄而流入海洋。对于横向长度有限的海岛，淡水区域相对较小，可采用条形系统。在较宽的岛上，可采用条形或十字形状的系统，如图7.20所示。这种十字形和条形廊道在基里巴斯都有使用。廊道的布置还应考虑下述因素：地表到潜水面的距离，这将决定廊道开挖的深度；非饱和层介质的性质，避免硬质地层以减少工程量，节省经费；植被分布情况，植被茂密的地方，大量淡水被深根植物蒸腾，因而要避开这类区域，或清除地表植被；避开污染源，查明岛上的污染源分布，铺设廊道不要靠近这些地方；大面积不透水面的位置。靠近这些不透水面（如机场跑道）的地方，因为局部回补增加，透镜体相对较厚，有利于廊道取水。

图7.20　廊道布置示意图

渗水廊道的管道用材通常为开缝PVC管、由粒料制成的多孔管（粒料不能太细）、无接缝的空心混凝土块。过去也曾用钢管作廊道的管材，但钢管容易锈蚀，不适合用做廊道。同样，明渠易受污染，所以也最好不用。为避免细小沙土颗粒进入廊道，管道四周最好用分选过的卵石回填，顶上盖以不渗透的塑料护板。滤管外不必再缠绕其他纤维，以免造成孔隙堵塞。(www.xing528.com)

为便于检查和管道清淤，应在廊道中设置人孔。人孔间距一般不超过100 m，用不易生锈的材料（如混凝土、矿渣水泥、玻璃纤维）或岛上易获得的珊瑚混凝土板等制成。抽水井或泵站也可用上述材料建造。在管道与管道、管道与人孔和泵站之间应用砂浆封闭，防止地下水从滤管之外的地方进入廊道。同样，人孔和泵站也应封闭。通常，每一廊道仅需一口泵井。

滤管埋设应有适当的高程，既不可太高，也不可太低。太高易造成断水，即地下水不能渗入廊道，太低海水容易入侵。为了减少开挖量，滤管只需埋设在低潮时也不会断水的高程上。在珊瑚岛上，这一高程通常是滤管底部在潜水面之下300 mm的地方。在大型岛屿上，潜水面较高，滤管底部则可适当抬高，安置在较高的平面上；铺设滤管时，可以用人工或机械的方法开沟。沟内排水所用的水泵只需抽出足够水量方便铺管为宜，过量排水会引起咸水入侵，同时还延长了透镜体的恢复时间。为此，要定时检测排出水的含盐量，避免过量排水。

从渗水廊道中抽水的速率与廊道的长度有关，有多种方法确定从廊道中抽水的速率。在大西洋巴哈马的新普罗维登斯岛上，廊道安全抽水总量的上限大约是每天每千米600 m3。对于太平洋群岛的Trust地区（the Trust Territory of the Pacific Islands），Mink建议每米廊道的抽水速率为0.02 L/s。马绍尔群岛（Marshall Islands）的夸贾林环礁（Kwajalein）上，一些廊道的平均抽水速率为每米廊道0.003 L/s。更为保守的抽水速率是基里巴斯共和国的主岛塔拉瓦岛（Tarawa）上每米廊道0.001 L/s的抽水速率，因为该岛的回补率仅有夸贾林环礁（Kwajalein）的50%。确定抽水率的主要考虑之点是减少水泵处的水位降深，防止海水入侵。Mather建议除了非常厚的透镜体外，最大的水位降深值为30 mm。

抽水速率的最终选择和廊道长度的确定需要专业的计算与论证，并与当地的条件相适应。如果还不了解长期抽水的影响，最好将泵的抽水速率设定为低于计算的抽水速率。泵的吸水口应稍高于平均海平面，并在井中设置浮控开关，当水位下降到稍高于海平面时，浮控开关关掉水泵。为了节省能源，还可构建一个重力系统，每一渗滤廊道中的水以一定的速率流入重力管道，再流向设于靠近岛屿边沿的中央泵站而被泵出。

作为珊瑚岛上实际应用的一种典型渗水廊道，其工作原理与结构如图7.21所示。廊道主要由位于潜水面下、接近于平均海平面的水平渗滤管和中央水井组成。中央水井直径约1.5 m，底部有一厚150 mm的底座，井壁与底座用混凝土制成，井中安置抽水管或潜水泵便于抽水。水平渗滤管接至中央水井，管长200～300 m、管径100～225 mm，用开孔PVC管制成，水平铺设在含水层中。为便于观察检修，可在水平滤管端头设置人孔，方便人员进出检查。若要监测滤管中的盐分，还可开凿监测孔，用直径50 mm的PVC管作为监测管，由监测孔伸入滤管，在管中安装监测设施。渗水廊道抽水时，透镜体表层淡水通过渗滤管进入井中。这种取水方式实质上是在透镜体表层一个很宽的面上撇取淡水，从而最大限度地减少了抽水引起的水位降深，避免了抽水倒锥的形成。由于珊瑚岛集中分布于热带海域，这里干湿季节分明，在旱季特别是在经受厄尔尼诺-南方涛动影响的干旱期间，淡水透镜体萎缩变薄，用渗水廊道取水，极大地减少了对透镜体扰动，对保证泵出水的水质，更具有重要意义。太平洋上的一些岛国的珊瑚岛，如基里巴斯的塔拉瓦岛（Tarawa），马歇尔群岛（Marshall Islands）的马加罗（Majuro）、夸贾林环礁（Kwajalein Atolls），库克群岛（Cook Islands）的爱图塔基岛（Aitutaki），汤加（Tonga）的丽芙卡岛（Lifuka）都广泛使用渗水廊道取水。

渗水廊道在透镜体表面撇水，引起的水位降深十分有限，这已被现场实测证明。在基里巴斯塔拉瓦岛（Tarawa）环礁上，White对25座渗滤廊道进行过抽水降深测量，结果表明：在平均抽水流量为88 m3/d时，廊道中平均水位降深为33 mm，这一降深值小于当地潮汐引起的透镜体上下70～80 mm的波动值，更远小于异常干旱与潮湿时地下水大约450 mm的上下波动值。因此，用渗水廊道取水特别适合具有薄透镜体的珊瑚岛。